Jöhetnek a tökéletesen hajlékony áramkörök
Már nagyobb területű hajlékony áramkörök is előállíthatóak egy most publikált folyamattal, mely nanokristályokból álló tranzisztorokra épít.
Kolloid nanokristályokból készítettek FET tranzisztorokra épülő áramköröket kutatók, számolt be az Ars Technica. A flexibilis áramkör előállítását egy relatíve egyszerű folyamat keretein belül érték el a szakemberek, az egyes komponenseket speciális folyadékba keverték. Az újfajta eljárás általánosságban véve olcsó és kényelmes, ráadásul viszonylag nagy területeket lehet egyszerre megmunkálni segítségével.
A FET-ek, vagy magyarul térvezérlésű tranzisztorok alternatív előállítását célzó projekthez ezüst, alumínium-oxid, illetve kadmium-szelenid nanokristályokat alkalmaztak, melyekből rendre a kapu elektróda, a kapu szigetelő, valamint a félvezető csatornák készültek.
A megoldást a több részes, úgynevezett solution-processing jelentette, amivel különféle nanokristályokat hoztak létre egy flexibilis polimer szubsztrátumon. Első lépésként a kapuelektródákat alakították ki, ezüst nanokristályokkal egy mintázatot rajzoltak forgótárcsás (spin coating) technikával. Ezután az ezüst bevonat kémia kezelése következett, amire a rétegzés megalapozása miatt volt szükség. A következő lépcsőben eltávolították a mintázatot, amivel végeredményként 80 (± 10) nanométeres ezüst nanokristály kapuelektródákat kaptak.
Ezután a kapuszigetelő réteg létrehozása jött. Ehhez kvázi nulladik lépcsőként a szubtrátumot kezelték elektromosan töltött polimerekkel, így változtatva annak felületén. Mindez a későbbi rétegzés miatt kritikus fontosságú volt, ugyanis a módszernek köszönhetően megelőzték a rétegek későbbi szétválását. A következő fázisban a kapuszigetelőket növesztették rétegről-rétegre, ellenkező töltésű polisztirol-szulfonát és alumínium-oxid nanokristályok váltogatásával. Az így létrejött réteg vastagsága 60 (± 5) nanométeres lett.
A félvezető csatornák létrehozásához ismét a forgótárcsás technikához nyúltak a mérnökök, a kadmium-szelenid nanokristályokhoz kémiai úton tiocianátot adtak, amit töltéssel rendelkező polimerekkel kevertek. Utóbbi lépéssel elejébe mentek a rétegek elválásának, amit az ezt követően alkalmazott különféle kémiai kezelések idéznének elő.
A forrás (source) és a nyelő (drain) elektródák létrehozásához ezüst és indium nanokristályokat raktak le egy fénnyel degradálható anyagra, amit ammónium-tiocianát kezelés követett. A folyamat legvégén egy 250 °C-os, nitrogénnel töltött térben hőkezelték 10 percen keresztül az áramkört, ami amellett, hogy megvastagította a kadmium-szelenid filmet, nagyban segítette az indium megfelelő diffúzióját is.
Nagy pénz, nagy szívás: útravaló csúcstámadó IT-soknak Az informatikai vezetősködés sokak álma, de az árnyoldalaival kevesen vannak tisztában.
A folyamatok legvégén egy enyhén érdes felületű, de egyenletes, teljesen hajlékony, törhetetlen filmréteg jött létre. A vizsgálatok során az alumínium-oxid szigetelőréteg simának és folyamatosnak bizonyult, jól kirajzolt elektródákkal.
A mérések szerint a szigetelőréteg dielektromos állandója 15,1 és 50 Hz között volt, ami a polimer miatt magasabb a sztenderd alumínium-oxid rétegek értékénél, mindez pedig hatékonyabb töltés-felhalmozódást eredményez alacsony üzemi feszültségnél. A hőkezelést követően az alumínium-oxid nanokristály réteg alacsony szivárgást mutatott, mely eredményt 300 kV/cm elektromos tér, illetve 7,16x10-7 A/cm2 és ~2,2x 10-7 A/cm2 kombinációja mellett mérték.
Belépő a hajlékony áramkörök világba
Kolloid, szervetlen nanokristályokat már régebb óta alkalmaznak különféle elektronikai eszközökben, például a quantum dot kijelzőkben is jelen van ilyen alkotóelem. Korábbi tanulmányok szerint ezek jól működnek, és a solution-processing eljárással megfelelően kezelhetőek is. Már fémes, félvezető, vagy épp szigetelő tulajdonságokat mutató nanokristály tintát is létrehoztak tudósok. A kristályok elektromos tulajdonsága a méretükkel, formájukkal, kompozíciójukkal, vagy későbbi összeállításukkal variálható.
Korábban a nanokristályokat csupán egymagukban alkalmazták különféle áramkörökben, ugyanis a vákuumos gyártási folyamat lassú és költséges volt. Ezen felül több, különféle nanokristály egyidejű integrálása további kihívásokat is jelentett, ugyanis ilyenkor a kristályok felületi kémiája könnyen összezavarodott. Mindez gátat jelentett a nagyobb teljesítményű áramkörök létrehozásának, melyek komplex mintázatot és rétegzést igényelnek, megfelelő strukturális stabilitás, kémiai kompatibilitás, illetve a különféle anyagok közötti megfelelő kooperáció mellett.
A most publikált eredmények alapján sikerült áttörést elérni, a nanokristályokból épített tranzisztorok egy sztenderd N-típusú félvezető karakterisztikáját mutatták. Mindez megnyithatja az utat a nagyobb területű, flexibilis, de alacsony gyártási költségű, egyszerűbb áramkörök tömeggyártása előtt, amivel új piacokat vehetnének célba a gyártók.